Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Tese (doutorado)Universidade de Brasília, Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação em Física, 2015. / Submitted by Fernanda Percia França (fernandafranca@bce.unb.br) on 2016-02-18T13:26:15Z No. of bitstreams: 1 2015_JoãoMarcosBatistadeSouzaMaciel.pdf: 8627270 bytes, checksum: 310e52a3b74c15221991378888f80a0a (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-05-26T16:31:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_JoãoMarcosBatistadeSouzaMaciel.pdf: 8627270 bytes, checksum: 310e52a3b74c15221991378888f80a0a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-26T16:31:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_JoãoMarcosBatistadeSouzaMaciel.pdf: 8627270 bytes, checksum: 310e52a3b74c15221991378888f80a0a (MD5) / Sistemas com interações de longo alcance apresentam uma gama de problemas mais desafiadores do que os associados aos sistemas com interações de curto alcance. Este fato é bem ilustrado pela existência de uma rápida relaxação a estados quasi-estacionários com distribuição de velocidades não-gaussianas seguidas por uma relaxação extremamente lenta em direção ao equilíbrio termodinâmico, variações abrutas de temperatura em regiões de transições de fases, possibilidade da existência de calor específico negativo no ensemble microcanônico e inequivalência entre os ensembles microcanônico e canônico. No intuito de evitar as dificuldades presentes em sistemas com interações de longo alcance, tais como divergências a curtas distâncias, problemas de evaporação de partículas, alto esforço computacional para o cálculo dos potenciais de pares, que escalam com N², dentre outros, sistemas que apresentem simplificações técnicas como sistemas de menor dimensão, descrição de gás de rede e descrições de campo médio têm sido introduzidas e têm desempenhado um papel importante no entendimento do comportamento peculiar dos sistemas com interações de longo alcance. Neste trabalho mostrarei o estudo feito como parte da minha pesquisa de doutorado sobre alguns desses modelos simplificados, mantendo as características intrínsecas de sistemas com interações de longo alcance. No último capítulo será apresentada uma possível analogia entre um comportamento peculiar de um desses modelos no limite de partículas ultra-resfriadas e o fenômeno da supersolidez. ______________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Systems with long-ranged interactions presents a plethora of novel and challenging problems in comparison to short-ranged interacting systems: violent relaxation to non-Gaussian quasi-stationary states followed by an extreme slow relaxation to the thermodynamical equilibrium, temperature jumps in phase transition, ensemble inequivalence and the existence of regions with negative specific heat. In order to avoid technical difficulties presents in long-ranged interacting systems - such as short distance divergences, particles evaporation and high computational effort to compute the pair potential, which scales with N², toy models by considering lower dimensional models, additional symmetries, mean field or lattice gas description have been introduced and played an important role in the study of long-ranged interacting systems. In this work I will present the research done as part of doctoral studies about some of those toy models, which keeps the characteristics of long-ranged interacting systems. In the last chapter it will be presented a possible analogy between the peculiar behaviour of a two dimensional classical mean field model in the ultra-cold particles limit and supersolidity.

Há uma tendência para a prescrição de restrições cada vez mais severas para o isolamento da envolvente nos edifícios nas regulamentações europeias, particularmente devido à recente Directiva sobre o Desempenho Energético dos Edifícios. O objectivo desta pesquisa é investigar a influência do aumento do isolamento da envolvente no desempenho térmico dos edifícios em Portugal e em climas do Sul Europeu, com ênfase no período do Verão. Os benefícios com o aumento da espessura do isolamento são evidentes numa situação típica de Inverno. No entanto, no Verão, em certas condições, uma envolvente altamente isolada pode dificultar a dissipação do calor para o exterior, causando um aumento da temperatura interior acima do limite de conforto. <br /><br />A metodologia desenvolvida compreende estudos paramétricos obtidos em simulações computacionais. São considerados distintos modelos de edifícios, com diferentes espessuras de isolamento da envolvente, e distintos ganhos internos, padrões de ventilação e taxas de sombreamento. Dessa forma, é possível investigar a interdependência de vários parâmetros no desempenho térmico e fazer análises comparativas. São avaliadas as condições nas quais o sobreaquecimento ocorre, e as suas consequências, tanto em termos do conforto dos ocupantes, quanto do aumento do consumo de energia para arrefecimento e a correspondente potencial eliminação das poupanças de Inverno. Para a análise do conforto, utiliza-se uma metodologia baseada na Abordagem Adaptativa.<br /><br />Os resultados mostraram que, quando o isolamento da envolvente é aumentado, a fim de que se possa evitar o sobreaquecimento excessivo, no Verão, é necessário controlar rigorosamente os ganhos internos e solares. Finalmente, foi desenvolvido um modelo teórico simplificado, que possibilita a previsão da temperatura média do ar no interior de edifícios multizona, sem condicionamento artificial. Esse modelo foi aplicado para casos representativos dentre os simulados e apresentou resultados fidedignos. Através dele, é possível determinar-se se a temperatura interior aumenta ou diminui, com o aumento do isolamento da envolvente, permitindo, portanto, optimizar o processo de especificação deste importante parâmetro do edifício.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-03-27T15:52:15Z No. of bitstreams: 1 joaogabrielrochasilva.pdf: 4504745 bytes, checksum: 5d371d913693d1bf3a9425d887ab2ed1 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-03-27T17:49:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 joaogabrielrochasilva.pdf: 4504745 bytes, checksum: 5d371d913693d1bf3a9425d887ab2ed1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-27T17:49:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joaogabrielrochasilva.pdf: 4504745 bytes, checksum: 5d371d913693d1bf3a9425d887ab2ed1 (MD5) Previous issue date: 2018-02-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A simulação da atividade eletromecânica do coração é uma ferramenta relevante para a interpretação e estudos de medidas fisiológicas e diversos fenômenos cardíacos. Entretanto, modelos computacionais para este propósito podem ser computacionalmente custosos. Assim, são propostos neste trabalho três modelos simplificados, a nível celular, que foram capazes de reproduzir de forma quantitativa o fenômeno da contração de miócitos cardíacos. Para obtenção destes modelos um ajuste de parâmetros foi realizado via algoritmos genéticos. Os modelos propostos com parâmetros ajustados apresentaram resultados satisfatórios para reprodução da força ativa do coração com a vantagem de serem baseados em apenas duas equações diferenciais ordinárias. Além disso, o modelo final foi validado utilizando simulações envolvendo extra-sístoles, sendo capaz de reproduzir o fenômeno de alternância na força ativa. / The simulation of the heart electromechanical activity is a relevant tool for the interpretation and studies of physiological measures and various cardiac phenomena. However, computational models for this purpose may be computationally costly. Thus, three simplified models which were able to quantitatively reproduce the phenomenon of cardiac myocyte contraction were proposed in this work. At the cellular level, they were able to quantitatively reproduce the phenomenon of cardiac myocyte contraction. A parameter adjustment via genetic algorithm was performed to obtain these models. The proposed models with adjusted parameters presented satisfactory results for the reproduction of the active force of the heart with the advantage of being based on only two ordinary differential equations. In addition, the final model was validated using simulations involving extra-systoles, being able to reproduce the phenomenon of alternation in the active stress.

O trabalho trata da formulação e análise da resposta numérica de um modelo de danificação e plastificação localizadas em zonas previamente definidas ao longo de elementos estruturais de barra, estendendo-se os conceitos dos modelos clássicos de plasticidade concentrada. Inicialmente é feita uma breve revisão bibliográfica sobre modelos de dano e plasticidade, destacando-se alguns que contém propostas voltadas para a simplificação de suas formulações ou então da etapa de implementação numérica adotando-se, neste caso, a técnica de discretização em estratos dos elementos de barra. Em seguida, já no âmbito dos modelos ditos simplificados e estendendo-se a formulação de um modelo para estruturas de barras proposto na bibliografia, deduz-se a matriz de rigidez para o caso de barra em regime elástico com dano. Na dedução, considera-se que os processos de danificação, associados à flexão e restritos às extremidades do elemento de viga, são dependentes entre si e afetam diretamente os coeficientes de transmissão de esforços ao longo do elemento. Nesta etapa, através de dois exemplos numéricos, avalia-se a resposta do modelo quando implementado em um programa de elementos finitos. Apresenta-se, na seqüência, um estudo sobre a viabilidade da aplicação do modelo estudado às estruturas em concreto armado, incluindo-se casos em que a distribuição da armadura longitudinal é assimétrica. Como resultado desse estudo, sugere-se uma modificação da função critério de danificação, originalmente empregada, para melhor representar o processo de dissipação de energia relacionada à danificação. A partir dos confrontos entre respostas experimentais de vigas e pórtico em concreto armado e resultados numéricos, conclui-se pelo bom desempenho do modelo modificado. Finalmente, reúnem-se sugestões para a continuidade dos estudos. / This work is related to formulation and numerical analysis of a damage and plasticity model which considers such effects localised on zones previously defined along the structural beam elements, extending the concepts of the classics lumped plasticity models. First of all, a brief bibliography revision on damage and plasticity based models is given, enlightening the ones which propose some kind of simplification at the level of the formulation or only at the stage of the numerical implementation, for instance using a layered technique in a beam element discretization. Afterwards, on the field of the so called simplified models, a stiffness matrix of an elastic damage beam element is deduced, extending the formulation of a framed structures model proposed in the bibliography. The main characteristic of the new element is that the damage processes is localized on hinges at the extremities of the beam element, being the associated damage variables dependent on each other and reducing progressively the transmission efforts factor along the element. Two basic numerical examples show the performance of the model when implemented in a finite element code. Next, a study on the feasibility of the model to analyse reinforced concrete structures is presented. In order to enlarge the application field, cases where longitudinal reinforcement is asymmetrically distributed in the cross section are also considered. As a result of the study, a change in the damage criteria function originally used is suggested, aiming to improve the valuation of the dissipated energy related to the damage process. The response of the modified resulting model is valuated by a confront between experimental and numerical results of beams and frame reinforced concrete structures. The results show a very good performance of the modified model. Finally, some topics for further research on the theme explored in this work are suggested.

O trabalho trata da formulação e análise da resposta numérica de um modelo de danificação e plastificação localizadas em zonas previamente definidas ao longo de elementos estruturais de barra, estendendo-se os conceitos dos modelos clássicos de plasticidade concentrada. Inicialmente é feita uma breve revisão bibliográfica sobre modelos de dano e plasticidade, destacando-se alguns que contém propostas voltadas para a simplificação de suas formulações ou então da etapa de implementação numérica adotando-se, neste caso, a técnica de discretização em estratos dos elementos de barra. Em seguida, já no âmbito dos modelos ditos simplificados e estendendo-se a formulação de um modelo para estruturas de barras proposto na bibliografia, deduz-se a matriz de rigidez para o caso de barra em regime elástico com dano. Na dedução, considera-se que os processos de danificação, associados à flexão e restritos às extremidades do elemento de viga, são dependentes entre si e afetam diretamente os coeficientes de transmissão de esforços ao longo do elemento. Nesta etapa, através de dois exemplos numéricos, avalia-se a resposta do modelo quando implementado em um programa de elementos finitos. Apresenta-se, na seqüência, um estudo sobre a viabilidade da aplicação do modelo estudado às estruturas em concreto armado, incluindo-se casos em que a distribuição da armadura longitudinal é assimétrica. Como resultado desse estudo, sugere-se uma modificação da função critério de danificação, originalmente empregada, para melhor representar o processo de dissipação de energia relacionada à danificação. A partir dos confrontos entre respostas experimentais de vigas e pórtico em concreto armado e resultados numéricos, conclui-se pelo bom desempenho do modelo modificado. Finalmente, reúnem-se sugestões para a continuidade dos estudos. / This work is related to formulation and numerical analysis of a damage and plasticity model which considers such effects localised on zones previously defined along the structural beam elements, extending the concepts of the classics lumped plasticity models. First of all, a brief bibliography revision on damage and plasticity based models is given, enlightening the ones which propose some kind of simplification at the level of the formulation or only at the stage of the numerical implementation, for instance using a layered technique in a beam element discretization. Afterwards, on the field of the so called simplified models, a stiffness matrix of an elastic damage beam element is deduced, extending the formulation of a framed structures model proposed in the bibliography. The main characteristic of the new element is that the damage processes is localized on hinges at the extremities of the beam element, being the associated damage variables dependent on each other and reducing progressively the transmission efforts factor along the element. Two basic numerical examples show the performance of the model when implemented in a finite element code. Next, a study on the feasibility of the model to analyse reinforced concrete structures is presented. In order to enlarge the application field, cases where longitudinal reinforcement is asymmetrically distributed in the cross section are also considered. As a result of the study, a change in the damage criteria function originally used is suggested, aiming to improve the valuation of the dissipated energy related to the damage process. The response of the modified resulting model is valuated by a confront between experimental and numerical results of beams and frame reinforced concrete structures. The results show a very good performance of the modified model. Finally, some topics for further research on the theme explored in this work are suggested.